基于Franson二阶量子干涉技术的色散测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于Franson二阶量子干涉技术的色散测量装置及方法，该装置包括：能量

【技术实现步骤摘要】
基于Franson二阶量子干涉技术的色散测量装置及方法


[0001]本专利技术属于色散测量
，具体涉及一种基于Franson二阶量子干涉技术的色散测量装置及方法。

技术介绍

[0002]目前色散测量主要有两种，分别是相移法和白光干涉法。
[0003]相移法通过测量不同波长光信号经过色散介质后的相移量，计算出相对群时延。为了方便测量群时延，某一波长的光载波被正弦射频信号幅度调制后，被分为两路，一路直接连接到输出端，作为参考信号，另一路通过被测色散介质后作为被测信号，将参考信号与被测信号进行比对测量，即可得到随不同波长变化的相移量，进而得到相对群时延。结合群时延定义，再经拟合、微分，可进一步得到被测色散介质的色散曲线。
[0004]差分相移法是上述相移法的改进，通过将正弦射频信号分别幅度调制到两个不同波长的光载波上，并测量这两个光信号经过被测色散介质后的相对相移量，进而得到相对群时延。然而，相移法缺点在于如果选择的光载波波长远离参考波长时，或当相位差超过(
‑
p, p)，该方法就难以精确分辨相移。所以为规避该色散测量方法中固有的测量模糊度问题，要求适当选择调制频率，并且波长调节的步长足够小，这样就需要精度足够高的可调谐光源，增加了测量成本。
[0005]白光干涉法采用宽带时间非相干光源结合麦克尔逊或马赫
‑
曾德尔干涉仪实现。干涉仪的一臂为参考臂，另一臂包含待测色散介质，通过扫描两臂间的相对时间延迟，获得白光干涉图案。通过处理干涉图样，可提取两臂在不同波长下的相对相位，进而得到被测介质的色散特性。但该装置在使用过程中还需要一个相干涉仪的零时延基准参考和校准，实施较为复杂。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于Franson二阶量子干涉技术的色散测量装置及方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：一种基于Franson二阶量子干涉技术的色散测量装置，用于测量待测色散介质，包括：能量
‑
时间纠缠双光子源，用于产生若干光信号，其中，所述光信号包括信号光子和闲置光子；偏振分光器，用于将所述信号光子和闲置光子进行分光，并使所述信号光子经过待测色散介质；第一干涉模块，用于将闲置光子进行分束后分别输出至第一线路和第二线路，对经过第一线路的闲置光子进行时延后与第二线路的闲置光子进行合束,使得从第一线路和第二线路输入的闲置光子具有第一预设臂长差，以使第一单光子探测器对合束后的闲置光子探测后由关联时间处理模块在符合测量积分窗口的宽度下对闲置光子到达所述第一单
光子探测器的第一到达时间进行记录；第二干涉模块，用于将信号光子进行分束后分别输出至第三线路和第四线路，对经过第三线路的信号光子进行时延后与第四线路的信号光子进行合束,使得从第三线路和第四线路输入的信号光子具有第二臂长差，以使第二单光子探测器对合束后的信号光子探测后由关联时间处理模块在符合测量积分窗口的宽度下对信号光子到达所述第二单光子探测器的第二到达时间进行记录，其中，对经过第三线路的信号光子进行时延的长度由对经过第一线路的闲置光子进行时延的长度确定；关联时间处理模块，用于根据第一到达时间和第二到达时间得到符合计数；处理模块，用于根据所述符合计数得到对应双光子相干时间宽度，以根据所述双光子相干宽度和所述符合测量积分窗口的宽度计算待测色散介质的色散值。
[0007]在一个具体实施方式中，所述第一干涉模块包括：第一光纤分束器、第一单模光纤、第一光纤延迟单元、第一光纤合束器；所述第一光纤分束器用于将闲置光子进行分束后通过第一线路输出至第一光纤延迟单元以及通过第二线路输出至第一单模光纤；所述第一光纤延迟单元用于对闲置光子进行延时，使得从第一线路和第二线路输入的闲置光子具有第一预设臂长差；第一光纤合束器，用于对通过第一单模光纤和第一光纤延迟单元输出的闲置光子进行合束。
[0008]在一个具体实施方式中，所述第二干涉模块包括：第二光纤分束器、第二单模光纤、第二光纤延迟单元、第二光纤合束器；所述第二光纤分束器用于将信号光子进行分束后通过第三线路输出至第二光纤延迟单元以及通过第四线路输出至第二单模光纤；所述第二光纤延迟单元用于对信号光子进行延时，使得从第三线路和第四线路输入的信号光子具有第二预设臂长差；第二光纤合束器，用于对通过第二单模光纤和第二光纤延迟单元输出的信号光子进行合束。
[0009]在一个具体实施方式中，还包括：第一偏振控制器，连接所述第一单模光纤，用于控制所述第一单模光纤的偏振特性，以使在第一线路和第二线路上传输的闲置光子具有相同的偏振；第二偏振控制器，连接所述第二单模光纤，用于控制所述第二单模光纤的偏振特性，以使在第三线路和第四线路上传输的信号光子具有相同的偏振。
[0010]在一个具体实施方式中，所述第一预设臂长差与所述第二臂长差均为500ps
‑
1ns。
[0011]在一个具体实施方式中，所述处理模块的计算公式为：，其中，Δ0为单光子相干时间宽度，τ为符合测量积分窗口的宽度，D为色散系数，Δ
FI
为干涉图谱宽度。
[0012]在一个具体实施方式中，当符合测量积分窗口宽度满足τ＜＜|D|/Δ0时，所述处理模块的计算公式为：Δ
FI
≈2|D|/τ，其中，Δ0为单光子相干时间宽度，τ为符合测量积分窗口的宽度，D为色散系数，Δ
FI
为干涉图谱宽度。
[0013]在一个具体实施方式中，所述第一干涉模块和所述第二干涉模块均为光纤不等臂马赫曾德干涉仪。
[0014]本专利技术同时提供一种基于Franson二阶量子干涉技术的色散测量方法，应用于上述的基于Franson二阶量子干涉技术的色散测量装置，该方法包括：步骤1、调整第三线路的时延，使得关联时间处理模块测量在每一个延迟设定位置处信号光子与闲置光子的符合计数，由处理模块进行记录结果并画图拟合franson干涉；步骤2、通过关联时间处理模块设置符合测量积分窗口的宽度τ，以确保信号光子和闲置光子经过色散介质和第一干涉模块、第二干涉模块后的时间关联分布完整包含在符合测量积分窗口的宽度区间内，重复步骤1，得到不受色散影响的Franson二阶量子干涉图谱，其宽度即为原始宽度Δ
0；
步骤3、利用关联时间处理模块将符合测量积分窗口的宽度设置为远小于信号光子和闲置光子的符合分布宽度，此时重复步骤2，得到对应的Franson二阶量子干涉图谱干涉宽度Δ
FI
（τ）；步骤4、根据步骤2和3分别得到的Δ0和Δ
FI
（τ），计算待测介质的色散值|D|。
[0015]在一个具体实施方式中，还包括：步骤5、通过关联时间处理模块设置多个不同的符合测量积分窗口的宽度τ，并重复执行步骤2和3，得到多个对应的Franson二阶量子干涉图谱干涉宽度Δ
FI
（τ），将多个不同的符合测量积分窗口的宽度τ与多个对应的Franson二阶量子干涉图谱干涉宽度Δ...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于Franson二阶量子干涉技术的色散测量装置，用于测量待测色散介质，其特征在于，包括：能量
‑
时间纠缠双光子源，用于产生若干光信号，其中，所述光信号包括信号光子和闲置光子；偏振分光器，用于将所述信号光子和闲置光子进行分光，并使所述信号光子经过待测色散介质；第一干涉模块，用于将闲置光子进行分束后分别输出至第一线路和第二线路，对经过第一线路的闲置光子进行时延后与第二线路的闲置光子进行合束,使得从第一线路和第二线路输入的闲置光子具有第一预设臂长差，以使第一单光子探测器对合束后的闲置光子探测后由关联时间处理模块在符合测量积分窗口的宽度下对闲置光子到达所述第一单光子探测器的第一到达时间进行记录；第二干涉模块，用于将信号光子进行分束后分别输出至第三线路和第四线路，对经过第三线路的信号光子进行时延后与第四线路的信号光子进行合束,使得从第三线路和第四线路输入的信号光子具有第二臂长差，以使第二单光子探测器对合束后的信号光子探测后由关联时间处理模块在符合测量积分窗口的宽度下对信号光子到达所述第二单光子探测器的第二到达时间进行记录，其中，对经过第三线路的信号光子进行时延的长度由对经过第一线路的闲置光子进行时延的长度确定；关联时间处理模块，用于根据第一到达时间和第二到达时间得到符合计数；处理模块，用于根据所述符合计数得到对应双光子相干时间宽度，以根据所述双光子相干宽度和所述符合测量积分窗口的宽度计算待测色散介质的色散值。2.根据权利要求1所述的基于Franson二阶量子干涉技术的色散测量装置，其特征在于，所述第一干涉模块包括：第一光纤分束器、第一单模光纤、第一光纤延迟单元、第一光纤合束器；所述第一光纤分束器用于将闲置光子进行分束后通过第一线路输出至第一光纤延迟单元以及通过第二线路输出至第一单模光纤；所述第一光纤延迟单元用于对闲置光子进行延时，使得从第一线路和第二线路输入的闲置光子具有第一预设臂长差；第一光纤合束器，用于对通过第一单模光纤和第一光纤延迟单元输出的闲置光子进行合束。3.根据权利要求1所述的基于Franson二阶量子干涉技术的色散测量装置，其特征在于，所述第二干涉模块包括：第二光纤分束器、第二单模光纤、第二光纤延迟单元、第二光纤合束器；所述第二光纤分束器用于将信号光子进行分束后通过第三线路输出至第二光纤延迟单元以及通过第四线路输出至第二单模光纤；所述第二光纤延迟单元用于对信号光子进行延时，使得从第三线路和第四线路输入的信号光子具有第二预设臂长差；第二光纤合束器，用于对通过第二单模光纤和第二光纤延迟单元输出的信号光子进行合束。4.根据权利要求3所述的基于Franson二阶量子干涉技术的色散测量装置，其特征在
于，还包括：第一偏振控制器，连接所述第一单模光纤，用于控制所述第一单模光纤的偏振特性，以使在第一线路和第二线路上传输的闲置光子具有相同的偏振；第二偏振控制器...

【专利技术属性】
技术研发人员：董瑞芳，夏志广，项晓，权润爱，刘涛，张首刚，
申请(专利权)人：中国科学院国家授时中心，
类型：发明
国别省市：